GelMA复合纳米纤维水凝胶敷料的制备及性能研究

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皮肤创伤在生活中极其常见,敷料是治疗创面的有效手段,但由于皮肤张缩活动频繁以及张力较大等特点为敷料的研究和应用提出了挑战。目前,虽然目前市售的一些敷料在创面修复上发挥了相应作用,但这些敷料普遍存在着透气透湿性能较差、拉伸力学性能不足以及与皮肤的组织粘附性能不佳等问题。因此,亟需开发具有良好透气和透湿性能、拉伸力学性能和足够组织粘附性能的新型皮肤创面敷料,从而改善皮肤敷料作用于创面的贴合性和促进创面高效愈合的功能。静电纺纳米纤维具有相对比表面积大、孔隙率高、成分多样化和纤维形貌可调控等优点,尤其是其可模拟细胞质外基质(ECM)结构,为细胞的粘附、迁移和增殖提供了有效的模板。而水凝胶可有效吸收伤口的渗出液,能够保持创面良好的湿润性,为伤口的愈合提供了一个适宜的愈合微环境。因此本课题将纳米纤维和水凝胶的优点结合起来,采用甲基丙烯酸酐化明胶(Gel MA)为原料,引入仿贻贝粘附分子多巴胺(DA)及疏水分子胆固醇衍生物,构建具有组织粘附性能的纳米纤维水凝胶,并研究其作为医用皮肤敷料的潜在应用价值。取得的主要成果如下:首先,本课题采用明胶(Gelatin)和甲基丙烯酸酐(MA)反应制备Gel MA,制备了不同MA取代度的Gel MA。然后,采用不同取代度的Gel MA与DA制备静电纺丝纳米纤维,其中DA的引入可提高界面粘附力,同时Gel MA的紫外交联及Gel MA和DA之间的物理/化学分子作用可提高纳米纤维水凝胶的内聚力,两者协同从而提高材料的力学性能和组织粘附性能。结果表明,Gel MA-DA纳米纤维水凝胶具有良好的透气透湿性能,同时与Gelatin纳米纤维水凝胶相比较,Gel MA60-DA纳米纤维水凝胶的拉伸强度是其2.0倍,与猪皮间的粘附强度是其2.3倍。进一步,针对敷料与组织间易形成水合层而降低组织粘附性问题,在Gel MA-DA纳米纤维中引入具有疏水作用和组织渗透性的胆固醇衍生物胆固醇琥珀酸单酯(CHS),利用其疏水作用排出组织表面的水分子结合DA与组织间的粘附作用,实现其与皮肤组织间的粘附性能。研究了CHS的添加量对Gel MA60-DA-CHS纳米纤维水凝胶的粘附性能和力学性能的影响。实验结果表明:与当CHS的质量分数浓度为4%时,Gel MA60-DA-4CHS纳米纤维水凝胶的生物粘附强度最佳为10.8k Pa,是Gel MA60纳米纤维水凝胶的3.2倍;此外,Gel MA60-DA-4CHS纳米纤维水凝胶拉伸力学强度为2.5MPa,是Gel MA60纳米纤维水凝胶的1.5倍。最后,我们通过构建小鼠全层皮肤缺损修复模型来验证纳米纤维水凝胶的促伤口愈合能力。结果表明,与纱布(Gauze)和市售敷料Mepiform?相比,Gel MA60-DA和Gel MA60-DA-4CHS纳米纤维水凝胶可促进伤口更快愈合,在术后11天后伤口基本闭合。同时通过小鼠皮肤切片染色观察,Gel MA60-DA和Gel MA60-DA-4CHS纳米纤维水凝胶可促进伤口组织的胶原蛋白沉积。综上所述,所制备得到的纳米纤维水凝胶敷料具有良好的透气透湿性、吸水保湿性、组织强粘附性以及较好的拉伸力学性能,同时可有效促进小鼠伤口愈合,作为新型伤口修复敷料展现出广阔的应用前景。
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